基于激光和视觉的道路自主清扫控制系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开一种基于激光和视觉的道路自主清扫控制系统，属于控制系统技术领域，包括底层控制系统、激光及视觉导航定位系统、无线数据传输基站网络和人机交互平台，其中底层控制系统和激光及视觉导航定位系统相连接实现数据协议转换，底层控制系统和激光及视觉导航定位系统通过无线数据传输基站网络与人机交互平台实现数据通讯，控制清扫车在无人驾驶的情况下能够自主控制进行路径规划和导航定位，在自动控制模式下真正做到无需人员再次干预即可完成清扫作业，降低城市环卫工人的劳动强度、减少城市二氧化碳排放和环境污染、优化能源结构。
【专利说明】
基于激光和视觉的道路自主清扫控制系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种基于激光和视觉的道路自主清扫控制系统，属于智能环卫机械技术领域。
【背景技术】
[0002]目前清扫车无论是室内还是城市街道环卫，基本上都需要人工操作，而随着城市规模的发展，人力成本的不断提高，智能化无人驾驶自主行驶清扫车的需求增多，如何实现自主清扫的控制系统显得尤为关键，目前，在全自动无人驾驶的控制系统方面，国内已经有相关企业和机构进行了研究，通常采用三种方法实现:(I)基于3G/4G或GPRS网络，通过终端设备进行路径的规划，并对设备状态进行实时监控；(2)基于机器视觉的图像识别技术；(3)采用在地面铺设导轨、磁轨，车辆在固定轨道上行驶，即轨道式全自动无人驾驶控制技术。虽然无人驾驶领域已经有相关的控制技术，但是在无人清扫控制系统方面技术还未成熟，在现有技术中没有得到推广应用。
[0003]例如，授权公开号为:CN204644936U公开的一种无人驾驶式自动商用洗/扫地机，在控制技术上存在一定的不足，当遇到障碍物后，需将激光传感器、超声或防撞条信息送至导航模块，导航模块根据具体情况，发送停止指令于控制模块，并需人工再次干预，重新规划路径，费时且不能做到整个过程完全无人干涉，不适于在大型路面进行清扫作业。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的在于提供一种基于激光和视觉的道路自主清扫控制系统，控制清扫车在无人驾驶的情况下能够自主进行路径规划和导航定位，并实现路面的清扫作业，降低城市环卫工人的劳动强度、减少城市二氧化碳排放和环境污染、优化能源结构。
[0005]本实用新型所述的基于激光和视觉的道路自主清扫控制系统，包括底层控制系统、激光及视觉导航定位系统、无线数据传输基站网络和人机交互平台，其中底层控制系统和激光及视觉导航定位系统相连接实现数据协议转换，底层控制系统和激光及视觉导航定位系统通过无线数据传输基站网络与人机交互平台实现数据通讯。
[0006]底层控制系统用于实现运动、清扫和电源管理，激光及视觉导航定位系统用于实现路径规划和导航定位，无线数据传输基站网络用于实现数据的传输，具有3G、4G、WIFI及专用无线数传网络等多种可选通信方式，实现位置和状态数据通信传输，人机交互平台用于接收无线数据传输基站网络传输的信息，并且实动作操控，以及远程监控。
[0007]所述的底层控制系统包括电源管理系统、运动控制系统、超声波自动避障系统和清扫控制系统，上述各个系统之间通过CAN总线进行数据通信，电源管理系统用于实现电源管理，运动控制系统用于实现前进、后退、左转、右转、加速、减速、停车、刹车等运动的控制，超声波自动避障系统用于实现自动避障，清扫控制系统用于实现抬放盘刷完成清扫动作。
[0008]所述的超声波自动避障系统包括超声波测距传感器，超声波测距传感器包括至少一个，超声波测距传感器利用超声波的特性研制而成的传感器，用于检测周围的超声波信号，通过智能控制算法如障碍物识别与避障算法实现自动避障。
[0009]所述的激光及视觉导航定位系统包括的车载电脑主板、激光扫描测距雷达、摄像头和GPS定位模块，车载电脑主板连接激光扫描测距雷达和GPS定位模块并通过路由器连接摄像头。
[0010]激光扫描测距雷达用于检测前方道路两侧路沿石边沿，提取并拟合道路边沿的直线段，为相应清扫车沿道路平行前进和道路定位提供传感数据，并利用前方180度范围内的激光检测数据，辅助完成自主避障;摄像头为网络高清摄像头，用于采集前方图像信息，在无路沿石的路段，通过图像处理算法，与激光扫描测距雷达互补完成道路边沿识别；车载电脑主板主要承载上位机智能算法处理软件，通过接收底层控制系统上传的超声波测距传感器数据、激光扫描测距雷达数据、摄像头采集的图像等，利用传感器融合算法、图像处理算法、自动避障算法、自主定位与导航算法等各种智能控制算法，实现自主驾驶。
[0011 ]在导航定位方面，针对不同工况采用两种方式:(I)采用激光扫描测距雷达和摄像头相结合的方式，在有路沿石的路段，用激光扫描测距雷达识别，在没有路沿石的路段，采用摄像头识别标记线，由图像处理与GPS定位相结合，实现路径规划与自主导航功能。(2)利用摄像头和地标，结合GPS定位模块，对路口进行识别和定位，实现路口检测和路段定位，完成清扫路段路径规划和自主导航。通过导入园区离线测绘地图，结合道路的GPS信息和机器视觉，确定相应的清扫运动方向、运动轨迹和在地图中的具体位置。
[0012]在自动避障方面，当遇到障碍物时，采用超声波测距传感器和激光扫描测距雷达采集数据，利用智能控制算法，实现避障，前方障碍物检测距离范围?30m，检测角度:0_180度，左右侧障碍物检测报警距离范围:0-3m，后方障碍物检测报警距离范围:0-6m，自动避障响应距离可在检测范围内自由设定，当障碍物进入报警距离区域时，进行声光报警，并减速行驶;当障碍物进入避障响应距离区域时，进行自动转向，通过左右空闲车道自动绕行避障。
[0013]所述的激光扫描测距雷达位于车体的前方，激光扫描测距雷达包括2个，一个激光扫描测距雷达位于相应清扫车前方的下端贴近地面，用于检测前方道路两侧路沿石边沿及较矮的障碍物，另一个激光扫描测距雷达位于相应清扫车前方的中央，用于检测较高的障碍物。
[0014]所述的人机交互平台包含遥控器和远程监控界面，遥控器通过数据传输模块与底层控制系统实现数据通讯，远程监控界面通过无线数据传输基站网络与底层控制系统和激光及视觉导航定位系统实现数据通讯。
[0015]通过遥控器和远程监控界面使控制模式分为手动控制和自主控制，在手动控制模式下通过遥控器或者智能手机客户端软件，实现前进、后退、左转、右转、加速、减速、停车、刹车、抬放盘刷等一系列动作的操控;在自主控制模式下，利用超声波测距传感器、激光扫描测距雷达、摄像头通过智能控制算法如障碍物识别与避障算法、自动避障算法、路肩识别算法、清扫路径规划算法，实现沿着应用场所道路自主定位和无人清扫，远程监控界面通过无线数据传输基站网络与清扫车本体传输数据，实时监控运行状态、在园区的精确位置，并通过摄像头实现前方视频监控。
[0016]所述的底层控制系统和激光及视觉导航定位系统之间通过USBCAN适配器实现数据协议转换。
[0017]本实用新型与现有技术相比，具有如下有益效果:
[0018]提供一种基于激光和视觉的道路自主清扫控制系统，控制清扫车在无人驾驶的情况下能够自主进行路径规划和导航定位，在自动控制模式下真正做到无需人员再次干预即可完成路径规划道路的清扫作业，通过远程监控界面可监控清扫车的各个运动状态，使自主清扫控制系统的技术更加完善，适于在园区和公共道路上推广应用，降低城市环卫工人的劳动强度、减少城市二氧化碳排放和环境污染、优化能源结构，促进建设建设智能型城市、打造智慧园区。
【附图说明】
[0019]图1为本实用新型的电路连接框图；
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明:
[0021 ]实施例
[0022]如图1所示，本实用新型所述的基于激光和视觉的道路自主清扫控制系统，包括底层控制系统、激光及视觉导航定位系统、无线数据传输基站网络和人机交互平台，其中底层控制系统和激光及视觉导航定位系统相连接实现数据协议转换，底层控制系统和激光及视觉导航定位系统通过无线数据传输基站网络与人机交互平台实现数据通讯。
[0023]为了进一步说明上述实施例，底层控制系统包括电源管理系统、运动控制系统、超声波自动避障系统和清扫控制系统，上述各个系统之间通过CAN总线进行数据通信。
[0024]为了进一步说明上述实施例，超声波自动避障系统包括超声波测距传感器，超声波测距传感器包括若干个，分别位于相应清扫车的前面和侧面，左右两侧的超声波测距传感器对称分布。
[0025]为了进一步说明上述实施例，激光及视觉导航定位系统包括车载电脑主板、激光扫描测距雷达、摄像头和GPS定位模块，车载电脑主板连接激光扫描测距雷达、GPS定位模块并通过路由器连接摄像头。
[0026]为了进一步说明上述实施例，激光扫描测距雷达包括2个，一个激光扫描测距雷达位于相应清扫车前方的下端贴近地面，用于检测前方道路两侧路沿石边沿及较矮的障碍物，另一个激光扫描测距雷达位于相应清扫车前方的中央，用于检测较高的障碍物。
[0027]为了进一步说明上述实施例，人机交互平台包含遥控器和远程监控界面，遥控器通过数据传输模块与底层控制系统实现数据通讯，远程监控界面通过无线数据传输基站网络与底层控制系统和激光及视觉导航定位系统实现数据通讯。
[0028]为了进一步说明上述实施例，底层控制系统和激光及视觉导航定位系统之间通过USBCAN适配器实现数据协议转换。
[0029]本实施例的工作原理为:自主清扫控制系统控制相应的清扫车在路面以正常行驶模式行驶并清扫，根据需要外部人员在手动控制模式下通过遥控器或手动操作按钮面板实现清扫车的运动和清扫动作，在自主控制模式下，利用激光扫描测距雷达和摄像头相结合的方式，在有路沿石的路段，用激光扫描测距雷达识别，在没有路沿石的路段，采用摄像头识别标记线，由图像处理与GPS定位相结合，实现路径规划与自主导航；当遇到掉头路口时，利用摄像头和地标，结合GPS定位模块，对掉头路口进行识别和定位，实现掉头路口检测和路段定位，完成掉头动作;通过导入清扫区域的离线测绘地图，结合道路的GPS定位信息和摄像头拍摄的图像信息，确定清扫车的运动方向、运动轨迹和在地图中的具体位置;当遇到障碍物时，采用超声波测距传感器和激光扫描测距雷达采集数据，利用智能控制算法，实现清扫车的避障;清扫车前方障碍物检测距离范围:0?30m，检测角度:0-180度，左右侧障碍物检测报警距离范围:0-3m，后方障碍物检测报警距离范围:0-6m;自动避障响应距离可在检测范围内自由设定；当障碍物进入报警距离区域时，进行声光报警，并减速行驶；当障碍物进入避障响应距离区域时，清扫车自动转向，通过左右空闲车道自动绕行避障，避障完成后继续进入正常行驶模式，直至完成所有规划路径的清扫作业，在清扫的过程中工作人员利用远程监控界面，通过无线数据传输基站网络传输数据，可以远程监视清扫车的电量、开关信息等各种参数的运行状态，实时显示清扫车在后台地图模型上的位置，以及清扫车前方的视频图像信息;清扫车与远程监控后台通信具有3G、4G、WIFI及专用无线数传网络等多种可选通信方式，实现清扫车位置和状态数据通信传输。
[0030]采用以上结合附图描述的本实用新型的实施例的基于激光和视觉的道路自主清扫控制系统，控制清扫车在无人驾驶的情况下能够自主控制进行路径规划和导航定位，在自动模式下真正做到无需人员再次干预即可完成清扫作业，但本实用新型不局限于所描述的实施方式。在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下这些对实施方式进行的变化、修改、替换和变形仍落入本实用新型的保护范围内。
【主权项】
1.一种基于激光和视觉的道路自主清扫控制系统，其特征在于:所述的自主清扫控制系统包括底层控制系统、激光及视觉导航定位系统、无线数据传输基站网络和人机交互平台，其中底层控制系统和激光及视觉导航定位系统相连接实现数据协议转换，底层控制系统和激光及视觉导航定位系统通过无线数据传输基站网络与人机交互平台实现数据通讯。2.根据权利要求1所述的基于激光和视觉的道路自主清扫控制系统，其特征在于:所述的底层控制系统包括电源管理系统、运动控制系统、超声波自动避障系统和清扫控制系统，上述各个系统之间通过CAN总线进行数据通信。3.根据权利要求2所述的基于激光和视觉的道路自主清扫控制系统，其特征在于:所述的超声波自动避障系统包括超声波测距传感器，超声波测距传感器包括至少一个。4.根据权利要求1所述的基于激光和视觉的道路自主清扫控制系统，其特征在于:所述的激光及视觉导航定位系统包括车载电脑主板、激光扫描测距雷达、摄像头和GPS定位模块，车载电脑主板连接激光扫描测距雷达和GPS定位模块并通过路由器连接摄像头。5.根据权利要求4所述的基于激光和视觉的道路自主清扫控制系统，其特征在于:所述的激光扫描测距雷达包括2个，一个激光扫描测距雷达用于检测前方道路两侧路沿石边沿及较矮的障碍物，另一个激光扫描测距雷达用于检测较高的障碍物。6.根据权利要求1所述的基于激光和视觉的道路自主清扫控制系统，其特征在于:所述的人机交互平台包含遥控器和远程监控界面，遥控器通过数据传输模块与底层控制系统实现数据通讯，远程监控界面通过无线数据传输基站网络与底层控制系统和激光及视觉导航定位系统实现数据通讯。7.根据权利要求1所述的基于激光和视觉的道路自主清扫控制系统，其特征在于:所述的底层控制系统和激光及视觉导航定位系统之间通过USBCAN适配器实现数据协议转换。
【文档编号】G05D1/02GK205507542SQ201620290881
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月8日
【发明人】李卫民, 孟庆志, 任传德, 闫怀仁
【申请人】济宁中科先进技术研究院有限公司